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热喷涂涂层材料的性能及在阀门上的应用— 【中阀小课堂】 NO.01032
由于热喷涂技术 的工艺手段很多 ，所以喷涂材料的选择范围很广。从塑料、低熔点金属 ，到难熔金属、陶瓷及其混合物 。任何一种具有稳定液态的材料 ，至少可以用其中一种方法喷涂。同时，热喷涂涂层材料性能各不相同。
热喷涂涂层具有耐摩擦和润滑、热保护、抗氧化 、抗腐蚀 、导 电和电绝缘 、生物医用、化学催化、复合材料制备及部件修复等功能。
1、耐磨涂层
耐磨损是热喷涂技术 的应用最广泛的领域，通常具有高硬度、低气孔率 、坚韧 、与基体结合力强等优点。采用 合适 的组分 ，还 以减少摩擦 。主要的喷涂材料有镍基合金和钴基合金 、碳化物 、硼化物 、氧化物等。通过等离子喷涂碳化钨、氧化铝、硅藻土涂层 ，以提高耐磨和密封性能 ；锅炉燃烧室或者有高温或燃烧 的阀门等部位采用耐热涂层保护。采用氧化铝 一氧化钛涂层的化纤工业的阀门，可提高零件的耐磨性 和消除静电。石化工业的阀门及零部件 ，加涂氧化铬 、氧化铝 一氧化钛涂层 ，解决 了跑 、冒、漏、滴等问题。阀门可能产生磨损 的工作条件包括微振 、滑动、冲击、擦伤 、侵蚀等。通过对 阀门进行热喷涂 ，可以增 强表面硬度 ，提 高使用 寿命 ，降低维修成本。各种阀门密封面采用氧乙炔火焰喷涂及等离子喷焊技术寿命大大提高，目前 已在 150 多个 阀门厂推广使用 ，经济效益可观。
2、隔热涂层
隔热涂层 ，又称热障涂层 ，主要有氧化铝和CaO 、MgO 、Y2O、CeO 2 和稳定的氧化锆组成。这些具有高的熔点 和低导热系数的涂层 ，含有众多的气孔 ，体积气孔率在 5％ ～30％之间。气孔的存在 ，进一步降低涂层的导热系数 ，提高涂层的隔热效果 。为了提高氧化物隔热涂层与基体的结合力 ，通常用 NiCr、N iA1、NiAICrY 各种金属涂层作为结合涂层 。防热涂层可用于化工行业和冶金工业高温热保护。为了减小涂层与基体金属的热应力 ，提高涂层的热冲击能力，近年来发展成功金属一陶瓷梯度涂层 。汽车发动机的热喷涂市场潜力很大 ，可望 在 以后 的十年内有大发展 。美国汽车制造商都有积极的热 喷涂涂层研究和发展计划 ，拟在汽车汽缸内衬和排气部位使用热 障涂层 ，在活塞环、阀、凸轮、曲轴等部位使用耐磨涂层 ，这些涂层将提高部件的使用寿命和热效率。一般用于柴油发 动机的阀门及火焰稳定器。
经热喷涂处理后抵挡工作环境 中的高温高压，将基体的工作温度降至 10 —65℃。
有的阀门用于有气体冲刷腐蚀的管路上 ，阀门的腔体内收到气流 的冲刷腐蚀 ，也容易发生壁厚减薄等问题 ，通过喷涂耐气蚀涂层 ，就可以提高阀门的使用寿命 。
对于陶瓷阀门，如果阀门发生局部破坏 ，不能使用，采用氧乙炔火焰喷涂陶瓷涂层 ，再进行封孔处理，可修复如新 ，修复及效益可观。
3、抗氧化和防腐蚀涂层
抗氧化和防腐蚀涂层主要是金属和氧化物涂层，前者为NiCr、NiA1、NiA1CrY 、W CoCr、Zn 、A1 和znA I的合 金 ，后 者 主 要 为 ZrSiO 、M gO —ZrO 、A 1：0，涂层。M gO —ZrO ：涂层具有极好 的抗熔融和耐腐蚀能力，可 防止熔炼过程 中石墨坩埚 的污染。氧化铝涂层浸渍有机树脂后，可用于化学工业的管道阀门和其它装置的抗酸碱腐蚀。N iCrBSi 和W C 涂层具有 良好的抗气蚀能力，可用于阀门的防气蚀。火焰喷涂的zn 、A l和 zn —A1合金涂层进行长效防腐十分有效 ，可用于户外大型工程用阀门。近年来 ，在电弧喷涂铝合金涂层表面加封孔剂 ，对舰船用阀门的防腐取得了十分满意的效果。
很多阀门因长期暴露在大气中，受到气候变化和日晒雨淋 ，表面迅速氧化 ，生成一层三氧化二铁 ，严重影响使用寿命。为防止表面的氧化，以往一般都采用油漆保护 ，其防腐年限一般在 3 ～5 年，因此需要经常性进行维修 、保养，常见的方法就是拷铲油漆，耗费大量人力物力。现采用阀门表面喷锌 、喷铝工艺加以保护，防腐年限可达 30 年 以上无需保养。如在锌铝涂层外再加油漆封闭，则防腐年限更长。阀门表面只有喷锌 、喷铝后，才能真正起到阳极保护作用 ，从而达到钢结构长效防腐之 目的。钢制水阀门，特别是水利控制阀，它一部分长期浸没水中，表面受 到微生物侵蚀(如钉蝎 的吸附，其排泄物呈酸性 )。另一部分长期暴露在大气中，特别是水线部分 ，受到冲浪和水面上漂浮物的冲击 ，同时又受到涨潮、落潮的影响 ，使这部份阀门表面经常干湿交替，特别容易生锈。现采用线材 喷锌、喷铝工艺 ，大大提高 了钢闸门的耐蚀性 ，比原采用的油漆工艺防腐年限提高 5 —6 倍。普通尼龙，塑料涂层 ；环 境在 100~C 以下使用 ，采用氧乙炔火焰塑料粉末喷涂方法 ，可进行低温或常温防酸、碱介质腐蚀。高温塑料涂层；聚醚砜 、聚醚酮、聚苯硫醚等涂层可在 150 —350~C 环境下应用 ，用于化工容器 、贮罐等的阀门上 ，大有应用前景。氧乙炔焰塑料粉末喷涂是近年来应用化工防腐 中一个重要手段 ，值得大力开发。喷气式发动机燃烧室 内需喷上特殊 的涂层 ，以抵抗运行过程中的高温氧化。工厂、轮船 的烟囱上喷上防高温氧化的涂层后，使用寿命提高了五倍。汽车用密封阀，也需要抵抗高温的影响 ，通过热喷涂后 ，在 阀门表面形成抗高温氧化的涂层 ，就可以提高阀门的耐高温氧化性能。
4、喷涂成型
涂层是由熔化了的颗粒堆积而成 ，涂层具有一定的强度。采用热喷涂技术可制备异型和复杂形状的部件，这比常规方法更为经济、方便。采用真空等离子喷涂 ，以石墨作为模 型，已制备出性能优良的钨和钼坩埚和管材。大功率等离子喷涂设备(100kW 以上)，用来喷涂氧化铝氧化锆材料，成功地制备厚为 15m m 的大尺寸制品，其经济性与实用性优于传统方法的陶瓷制品。此外，用等离子喷涂技术还可以制备颗粒、晶须 、纤维补强的复合材料。热喷涂是恢复尺寸的一种经济有效的方法。
无论是工作磨损还是加工超差造成的工件尺寸不合要求 ，利用热喷涂均能提供新表面，这种方法既没有焊接的变形 ，也不象特殊 的电镀工艺那样 昂贵。同时，新表面由耐磨损或抗蚀性料构成，或者与工件的构成料相同。比如很多大阀门或者进 口的阀杆 ，如果因为磨损导致尺寸不足，而再制造成本高或者制造有一定难度，就可以通过热喷涂的方法恢复尺寸。
5、材料替代
有的阀门，如果全部采用贵金属材料进行制造 ，成本很高 ，从使用角度来看 ，阀门与介质 的接触点主要是表面，如果只在表面有贵金属 ，可以大大降低制造成本。举例来说 ，采用普通钢制造的阀门，在其表面喷涂 1 Crl8N i9Ti或 0Cr、00Cr 等不锈钢材料，再进行封孔处理，代替整体制造不锈钢，在其他产品上已有许多应用实例，在阀门产品的设计和制造中也值得推广应用。
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